微丝骨架是一种高度动态的细胞结构，并参与众多的生命活动，其中包括维持细胞极性和形态、细胞器运动、细胞分裂和应对外界环境刺激等。线粒体除了是重要的产能细胞器外，还是高度动态变化的细胞器以及一种重要的胞内钙库。在植物细胞中，线粒体主要沿微丝骨架运动，因此与微丝骨架之间的相互作用会影响线粒体的定位和运动。一些研究已经报道了微丝骨架能够调控线粒体的运动和分裂，然而很少的研究关注微丝对线粒体钙库功能的影响。因此，有必要对微丝骨架对线粒体钙库功能的影响进行研究。本项研究是以极性生长细胞——拟南芥根毛为研究对象，以对极性生长起关键作用的Ca2+和微丝作为切入点，通过应用多种活体荧光染料、荧光蛋白和激光共聚焦显微镜等技术，研究微丝骨架破坏对线粒体钙和胞质钙的调控作用，旨在为进一步研究微丝骨架和线粒体在细胞生长中的调控机制提供重要参考。　　 首先，我们研究了拟南芥根毛中线粒体的分布和钙浓度。在激光共聚焦显微镜下对线粒体和微丝进行双标后观察发现，绝大多数线粒体沿微丝分布。在旺盛生长的根毛内线粒体呈不均匀分布，表现出从亚顶端到基部逐渐减少的极性分布模式。然后，运用钙荧光染料Rhod-2标记线粒体钙，结果表明在根毛的不同部位线粒体钙浓度不一致：位于根毛顶端的线粒体钙平均浓度最高，往中间和基部方向的线粒体钙浓度逐渐降低。由上可见，拟南芥根毛中线粒体不仅具有极性分布模式，而且不同部位的线粒体的钙浓度还具有梯度变化趋势。　　 为进一步探索微丝骨架破坏对线粒体分布和钙浓度的影响，我们使用了微丝特异性药物latrunculinB(Lat-B)和jasplakinolide(Jas)来解聚、聚合微丝，以观测微丝动态破坏引起的线粒体变化。结果发现，微丝药物处理后，根毛内线粒体分布模式并未明显改变，仍呈不均匀极性分布。然而微丝动态的破坏引起了根毛线粒体钙浓度的剧烈降低，不同部位的线粒体的钙浓度梯度消失。微丝解聚剂和微丝促聚剂均可引起线粒体的Ca2+释放，而促聚剂Jas相对于解聚剂Lat-B则引起的变化更小、更慢。　　 为探明线粒体钙释放的过程是否通过线粒体膜上的渗透性转换孔(mPTP)，我们利用calcein/Co2+标记技术来检测mPTP的开放。结果发现，微丝结构破坏诱导了mPTP的高通透异常开放，mPTP的抑制剂可以抑制微丝药物的作用。此外，微丝药物处理后线粒体膜电势剧烈降低，线粒体发生去极化。这些结果表明，微丝骨架动态的破坏诱导了mPTP的开放，从而引起根毛线粒体内的Ca2+释放。　　 最后，我们研究了根毛内线粒体钙浓度变化的同时胞质Ca2+的变化。应用荧光染料Fluo-4、Calcium Green和荧光蛋白cameleon标记胞质Ca2+，结果表明，经过微丝药物处理后，根毛胞质钙浓度瞬时迅速升高。Lat-B处理1-2min后胞质钙浓度达到处理前的2.0-2.5倍，然后迅速下降，5-6min后胞质钙浓度降至低于处理前的水平。相比于微丝解聚剂，促聚剂Jas引起了胞质钙浓度更小和更慢地升高，但是最终浓度未低于处理前的水平。为验证胞质钙浓度升高是否有胞外钙的流入，使用质膜钙通道抑制剂La3+处理，发现胞质钙浓度升高幅度大幅降低，由此说明微丝药物处理后胞质Ca2+的增加有胞外钙内流的参与。使用扫描离子选择电极技术(SIET)来检测根毛质膜上Ca2+的流动，结果发现，正常的根毛细胞表面Ca2+内流占明显优势；微丝药物处理后，细胞Ca2+的内流明显增强，之后外流逐渐增加并占明显优势。这些结果表明，微丝药物引起了根毛细胞上Ca2+跨膜流动的变化，使得胞内Ca2+先增加后减少，这些结果与前面实验结果一致。　　 综上所述，我们认为微丝骨架参与调控了线粒体和胞质内钙的浓度变化过程。具体表现在拟南芥根毛内微丝结构和动态的变化引起了mPTP的异常开放，使Ca2+释放进入细胞质，同时还引起质膜上Ca2+流动的变化，二者共同引起了根毛胞质钙浓度的剧烈升高；随后质膜上Ca2+外流增加，胞质钙浓度降低。这些结果为微丝骨架参与调控线粒体与胞质内钙浓度的功能提供了新的实验证据。